1、第九章 鋼桁架與屋蓋結(jié)構(gòu)大綱要求:1.了解單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的組成與特點(diǎn)；2.重點(diǎn)了解屋架桿件內(nèi)力計(jì)算及其計(jì)算假定，節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算；3.了解屋架桿件的截面設(shè)計(jì)方法。4.了解鋼屋架支撐的類型、布置及截面選擇；5.掌握普通鋼屋架設(shè)計(jì)的方法。9.1 桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)的組成及應(yīng)用 鋼屋蓋結(jié)構(gòu)由屋面、屋架和支撐三部分組成。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)可分為兩類： 一類為有檁屋蓋，是指在屋架上放置檁條，檁條上再鋪設(shè)石棉瓦、瓦楞鐵皮、鋼絲網(wǎng)水泥槽形板、壓型鋼板等輕型屋面材料； 另一類稱無檁屋蓋，是指在屋架上直接放置鋼筋混凝土大型屋面板，屋面荷載由大型屋面板直接傳給屋架。重屋輕、用料省、運(yùn)輸安裝方便，但構(gòu)件數(shù)屋多、構(gòu)造復(fù)雜、吊裝次數(shù)多

2、，屋蓋橫向剛度較差。有檁屋蓋的屋架間距為檁條跨度，屋架經(jīng)濟(jì)間距為4-6m。 另一類稱無檁屋蓋，是指在屋架上直接放置鋼筋混凝土大型屋面板，屋面荷載由大型屋面板直接傳給屋架。無檁屋蓋，構(gòu)件數(shù)屋少、安裝簡便、施工速度快，易于鋪設(shè)保暖層，且屋蓋橫向剛度大、整體性好，但由于自重大使下部結(jié)構(gòu)用料增多，且對(duì)抗震不利。無檁屋蓋方案的屋架間距為大型屋面板的跨度，一般為6m或6m的倍數(shù)。 屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常包括屋蓋結(jié)構(gòu)布置，屋架形式的選擇，支撐布置，屋蓋荷載計(jì)算，屋架各桿內(nèi)力計(jì)算，屋架桿件截面選擇，檁條、拉條和撐桿的計(jì)算，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及繪制施工圖。9.1.1 鋼屋架的形式和尺寸 屋架按外形可分為三角形屋架、梯形屋架

3、及平行弦屋架三種形式。屋架的形式（a）、（b）、（d）三角形屋架；（e）、（f）、（g）（、h）梯形屋架；（c）下?lián)问轿菁?；（i）平行弦屋架三角形屋架 適用于屋面坡度較陡的有檁屋蓋結(jié)構(gòu)。坡度i=1/21/6；上、下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜；外形與彎矩圖差別大，受力不均勻，橫向剛度低，只適用于中、小跨度輕屋蓋結(jié)構(gòu)。 三角形屋架的腹桿布置可有芬克式、單斜式、人字式三種。芬克式屋架受力合理、便于運(yùn)輸，多被采用；單斜式屋架只適用于下弦設(shè)置天棚的屋架，較少采用；人字式屋架只適用于跨度小于18m的屋架。適用于屋面坡度平緩的無檁屋蓋結(jié)構(gòu)。坡度i1/3，且跨度較大時(shí)多采用梯形屋架。梯形屋架 當(dāng)屋架的上、下弦桿

4、相平行時(shí)，稱為平行弦屋架。多用于單坡屋整和雙坡屋面，或用作托架、支撐體系。腹桿多為人字形或交叉式。平行弦屋架的同類桿件長度一致、節(jié)點(diǎn)類型少，符合工業(yè)化制造要求，有較好的效果。 平行弦屋架 滿足使用要求，主要是排水坡度、建筑凈空、天窗、天棚以及懸掛吊車的需要。屋架的造型應(yīng)符合以下原則： 受力合理。應(yīng)使屋架的外形與彎矩圖相近，桿件受力均勻；短桿受壓、長桿受拉；荷載布置在節(jié)點(diǎn)上，以減少弦桿局部彎矩，屋架中部有足夠高度，以滿足剛度要求。 便于施工。屋架的桿件和節(jié)點(diǎn)宜減少數(shù)量和品種、構(gòu)造簡單、尺寸劃一、夾角在3060度之間?？缍群透叨缺苊獬瑢挕⒊?。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面分析、具體處理，從而確定具體的合理形式。9

5、.1.1.2 屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是指屋架的跨度和高度，對(duì)梯形屋架尚有端部高度； 屋架的跨度 根據(jù)生產(chǎn)工藝和建筑使用要求確定，同時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)布置的經(jīng)濟(jì)合理。通常為18m、2lm、24m、27m、30m、36m等，以3m為模數(shù)。 當(dāng)支座為一般鋼筋混凝土柱且柱網(wǎng)為封閉結(jié)合時(shí)，計(jì)算跨度為 屋架的高度 屋架的高度取決于建筑要求、屋面坡度、運(yùn)輸界限、剛度條件和經(jīng)濟(jì)高度等因素。 當(dāng)坡度 時(shí)， 三角形屋架 平行弦屋架和梯形屋架的中部高度主要由經(jīng)濟(jì)高度決定 梯形屋架的端部高度 當(dāng)屋架與柱剛接時(shí) 當(dāng)屋架與柱鉸接時(shí) 陡坡梯形屋架的端部高度 平坡梯形屋架取 9.2 桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 9.2.1 計(jì)算

6、假定 各桿件的軸線均居于同一平面內(nèi)且相交于節(jié)點(diǎn)中心； 各節(jié)點(diǎn)均視為鉸接，忽略實(shí)際節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的次應(yīng)力； 荷載均作用于桁架平面內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上，因此各桿只受軸向力作用。 對(duì)于作用于節(jié)間處的荷載需按比例分配到相近的左、右節(jié)點(diǎn)上，但計(jì)算上弦桿時(shí)，應(yīng)考慮局部彎曲影響。 9.2.2 節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算 1屋架上的荷載 永久荷載：屋面材料、檁條、屋架、天窗架、支撐以及天棚等結(jié)構(gòu)自重。 式中 屋架和支排的自重，kNm2，按水平投影面積計(jì)算；系數(shù)，可變荷載：包括屋面均布使用活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載以及懸掛吊車和重物等項(xiàng)。時(shí)，不考慮雪荷載；時(shí)，除瓦楞鐵等輕型屋面外，可不考慮風(fēng)荷載以及對(duì)瓦楞鐵皮等輕型屋面、開敞式房屋和風(fēng)

7、荷載大于屋面均勻活荷載與雪荷載不同時(shí)考慮，取兩者之中較大值。時(shí)，均應(yīng)計(jì)算風(fēng)荷載的作用；各種均布活荷載匯集成節(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算式為沿屋面坡向作用的第i中荷載標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于沿水平投影面分布的荷載屋面坡度，可取上弦桿與下弦桿的夾角 ；第i種荷載分項(xiàng)系數(shù)。2荷載的組合： 屋面均布活荷載、屋面積灰荷載、雪荷載等可變荷載，應(yīng)按全跨和半跨均勻分布兩種情況考慮不利荷載組合一般考慮下列三種情況：(1)全跨永久荷載+全跨可變荷載；2)全跨永久荷載+半跨可變荷載；(3)全跨屋架、支撐和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載。9.2.3 屋架桿件內(nèi)力計(jì)算方法1節(jié)點(diǎn)荷載作用下的桿件內(nèi)力計(jì)算 2有節(jié)間荷載作用時(shí)桿件內(nèi)力計(jì)算 圖

8、解法或數(shù)解法30m、三角形屋架 24m時(shí)，宜在跨中13處，或天窗架側(cè)柱處設(shè)置兩道垂直支撐；對(duì)梯形屋架兩側(cè)邊應(yīng)各增設(shè)一道垂直支撐；天窗架垂直支撐設(shè)于兩側(cè)，當(dāng)寬度12m，還應(yīng)在中央增設(shè)一道垂直支撐。5系桿對(duì)未設(shè)置橫向支撐的屋架，均應(yīng)在有垂直支撐的位置，沿房屋縱向通長設(shè)置系桿，以保證不設(shè)橫向支撐的屋架的側(cè)向穩(wěn)定。系桿有兩種：承受壓力的截面較大的系桿稱剛性系桿，多由雙角鋼組成；只承受拉力的截面較小的系桿稱為柔性系桿，多由單角鋼組成。上弦系桿；對(duì)有檁體系，檁條可兼作柔性系桿；對(duì)無檁體系，大型屋面板可兼作系桿，僅需在屋脊及屋架兩端設(shè)置剛性系桿，當(dāng)無天窗時(shí)，應(yīng)在設(shè)置垂直支撐的位置設(shè)置通長的柔性系桿。下弦系桿

9、：在設(shè)置垂直支撐的平面內(nèi)，均應(yīng)設(shè)置通長的柔性系桿；在梯形屋架及三角形屋架的支座處應(yīng)設(shè)置通長的剛性系桿，若為混合結(jié)構(gòu)，與屋架或柱頂拉結(jié)的圈梁可代替該系桿；芬克式屋架，當(dāng)跨度18m時(shí)，宜在主斜桿與下弦連接的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置水平柔性系桿；有彎折下弦的屋架，宜在彎折點(diǎn)處設(shè)置通長系桿。系桿應(yīng)與橫向支撐的節(jié)點(diǎn)相連。當(dāng)橫向水平支撐設(shè)在溫度區(qū)段第二柱間時(shí)，第一柱間的所有系桿，包括檁條均應(yīng)為剛性系桿。9.4.2 支撐的截面選擇和連接構(gòu)造屋架的橫向支撐和縱向支撐均由平行弦桁架組成。其腹桿通常采用十字交叉斜桿；屋架的弦桿兼為橫向支撐桁架的弦桿；屋架的下弦桿又可視為縱向支撐桁架的豎桿；斜桿和弦桿的交角宜在3060之間，橫向

10、支撐節(jié)間距為屋架弦桿節(jié)間距的24倍；縱向水平支撐的寬度取屋架下弦端節(jié)間寬度。屋蓋垂直支撐也視為一平行弦桁架，可采用交叉腹桿或V形、W形腹桿。支撐和系桿一般采用角鋼，交叉斜桿或柔性系桿可用單角鋼，按受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)；縱向支撐的弦桿、非交叉斜桿、垂直支撐的弦桿和豎桿，以及剛性系桿，可采用雙角鋼組成T形或十字形截面，按受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。屋蓋支撐的受力很小，一般不必計(jì)算。截面選擇可根據(jù)構(gòu)造要求和容許長細(xì)比確定。通常，凡十字交叉斜桿，按單角鋼受拉設(shè)計(jì)，取容許長細(xì)比為400，重級(jí)工作制吊車廠房時(shí)，取容許長細(xì)比為350；兩角鋼組成的T形截面受壓桿件，取容許長細(xì)比為200；十字形或T形截面受壓剛性系桿，取容許長細(xì)比為

11、200；單角鋼受拉柔性系桿，取容許長細(xì)比為400。當(dāng)支撐桁架跨度較大、且承受較大的墻面風(fēng)荷載，或垂直支撐兼作檁條， 或縱向水平支撐視為柱的彈性支承時(shí)，支撐桿件除應(yīng)滿足容許長細(xì)比要求外，尚應(yīng)按桁架計(jì)算內(nèi)力，選擇截面。交叉斜腹桿支撐桁架系超靜定體系，在節(jié)點(diǎn)荷載作用下，可作為單斜桿桁架體系分析，當(dāng)荷載反向時(shí)，兩組桿件的受力情況將交替。角鋼支撐通常采用節(jié)點(diǎn)板用M16M20普通螺栓與屋架或天窗架連接，每桿兩端不得少于兩個(gè)螺栓。重級(jí)工作制吊車或有較大動(dòng)力設(shè)備的房屋，屋架下弦支撐和系桿宜采用高強(qiáng)度螺桂連接，亦可采用雙螈母等防止螺栓松動(dòng)的措施。9.4.3 檁條、拉條和撐桿有檁體系屋蓋中檁條設(shè)置在屋架上弦節(jié)點(diǎn)處

12、或沿屋架上弦等距設(shè)置，檁條間距由屋面基層材料的規(guī)格和容許跨度以及屋架上弦節(jié)間長度等因素決定。檁條的截面形式常用槽鋼、角鋼和S形薄壁型鋼，角鋼檁條適用于跨度和荷載較小的情況；槽鋼檁條制造和裝運(yùn)簡便，應(yīng)用普遍，但用鋼量較大；S形薄壁型鋼檁條省鋼，宜優(yōu)先采用，但應(yīng)注意防銹。檁條應(yīng)與屋架上的檁托可靠連接，檁托是焊接在屋架上的短角鋼制成，檁條與檁托一般用普通螺栓連接，槽鋼檁條的槽口宜朝向屋脊以利于安裝；角鋼和S形薄壁型鋼檁條的肢尖均應(yīng)朝向屋脊。拉條是設(shè)置在檁條之間的鋼拉桿，拉條可作為檁條的側(cè)向支承點(diǎn)，用以減少檁條平行屋面方向的跨度，防止側(cè)向變形和扭屈。拉桿的設(shè)置數(shù)量n，取決于檁條的跨度 ，當(dāng) m時(shí)，宜??；當(dāng) 6m時(shí)，宜取n=2。對(duì)有天窗屋蓋，尚應(yīng)在天窗側(cè)邊兩檁條間設(shè)置斜拉條和剛性撐桿；對(duì)采用S形薄壁型鋼檁條的屋蓋，需在槽口處增設(shè)斜拉條和撐桿；當(dāng)無天窗時(shí)，與拉條相連接的兩脊檁應(yīng)在連接處互相聯(lián)系。總之，應(yīng)使拉條與其連接桿件形成一幾何不變的穩(wěn)定體系。拉條可采用直徑為812mm的圓鋼，撐桿應(yīng)采用角鋼按容許長細(xì)比為200選用截面。拉條的位置應(yīng)靠近檁條的上翼緣約3040mm，并用腹板兩側(cè)的螺母固定在檁條上；撐桿則用普通螺栓和焊在檁條上的角鋼固定(圖717)。在屋面荷載 作用下，檁條截面分